合来传输能量的。其原理电路与等效电路如图2-5-1所示。R,To2R2Lo?oRem JRltRLDUfCr(b)(a)图2-5-1普通变压器原理电路及其等效电路由图可见，它的上限频率受到变压器漏感L、L及分布电容C的限制。因为在高频端，L的感抗很大，可视为开路，而漏感L。、L。虽小，但漏感抗随频率的升高而变得不可忽视，漏容抗1/aC却随着频率的升高而减小，两者的作用都使输出电压随着频率的升高而减小，如图2-5-2所示。图中的f。为Ll、Lz与C的串联谐振频率。在工作频率低端，La、I与C的作用都可忽略，面感抗wL。却随着频率的降低而减小，它的旁路作用又使输出电压随着频率的降低而减小。由上述可知，为了展宽高端频带，应该减小L1、L。与C"，为了展宽低端频带，又应加大L电感量，显然这两个要求是矛盾的。因为要减小L、L与C'就必须减小L，而加大L又必然要使L。、L。与C加大。为了从根本上克服上述矛盾，人们提出了用传输线变压器，因为它不存在漏感和分布电容对变压器上限频率的影响，因此它具有上限率高，频率覆盖系数大等优点。2. 5. 2传输线变压器的基本特性传输线变压器的等效电路如图2-5-3所示。由于传输线的长度|相对于工作频率的波长很短，一般有l<入/8.则U,与1，之间U，与U，之间的大小与相位差可忽略，则可得1人人UiU.人人人r!Tfo图2-5-2普通变压器的频率特性图2-5-3传输线变压器0,=0,i=h(2-5-1)传输线变压器的特性阻抗*28:
.Z.=1(2-3-2)式中的1，，（为单位长度传输线的电感与电容，它们与传输线的结构有关，诸如导线的材料与内径、两根导线之间的距离等。可见，传输线的分布参数不是寄生参数，而是传输线的基本参数：1.传输线变压器的基本特性其基本特性士要有如下“点：（1）传输能量的万式传输线变压器是靠传输线来传输能最的·面普通变压器是通过初次级之间的电您感航来传输的。在图2-3-3中的传输线变压器由于是通过两根导线中的电流大小相等，方间相反·在磁环中形成的磁通基本！是互相抵消的。所以传输线变压器不是过两绕组的电磁感应来传输能量的.而是如图2-5-3那样，从始端直接传输到其终端的·传输线输人端的高频借号能量是通过其分布电容中的电场能量和分布电感中的磁场能量不断地相转换，而把高频能量不断地送到负载。即传输线变压器中的能量传输是通过电场和场能缸的转换而实现的在讨论普通变示器的上限频率时曾指拍变尔器的谢感和分布电容限制了限频率的提高·而在传输线变压器中的能量传输，漏感（即分布电感）和分布电容是传输线待性阻抗的主要组成部分，它们是传输电磁能的媒介。所以，在阻抗匹配的情况下，传输线变压器可以在很宽的频带范闹内获得良好的响应。另外，由于通过磁环的磁通很少，铁粉芯损耗很小，不会产牛磁饱和现象，内此很小的磁环能传输很人的功率，例如15比的功率，只需用直径为10～20mm的磁坏即可。（2）宽频带在无耗和匹配的理想情况下，传输线变压器的上限频率可达无限高、即传输线变乐器的带宽是无限的。但实际工要做到完全匹配是不可能的，在不匹配的情况下，即R≠Z，时·传输线的输入阻抗与频率是有关的，因此，当传输线长度！·定时，卿限制了其上限频率的提高.故为了提高传输线变压器的上限频率，总是尽量使传输线的特性阳抗Z（适当择其尺小与结构）接近负载电阻R并尽量缩短传输线的长度1.使得对于高的频率只有很小的相移.邸1，与7的幅度差与相位差尽量小，这样传输线变压器的小限频率就可以做得很高、此外：1限频率也受到传输线导线损耗与介质执耗的限制总之，与普通变压器相比，传输线变压器的传输线「作方式.使得它的上限频很高频带很宽坊率容量也很人（3）磁环的作月出分析可见，荐仪从传输能最来石，片不高婴磁环.只川传输线即间，为广说明他环的作用，筛要从传输线变乐器的另「作方式，即变压器工作方式来观察，传输线变示器以变小器「作方式「作.是为了在输人端与输出端之抑实现极性变换、平衡不半衡变换及阻抗变换多的、图2-5-4为用传输线变压器作倒相器的：个例图·出图可见·为了使输出电压能够倒相.其2端必须接地，这样输入电压既加在（1）（3）端·也册在（1）（2）端，如果线圈图不绕在企磁环1：.划由图（b）、（c）可知，信号跨接在（1）（2）两端，负载跨接在（3）（1）网端，山门省芯线圈的感量太小，信号将被旁路损失很人。有了磁芯后，山一感量的增加·穷路减少，信号损失也减少，变压器形式如图（c)所示.图中（1）、（4)两个端点对地电不.人小相等方向相反·实现了倒相的的.29
可见，为了实现倒相或衡与不平衡的转换，传输线绕在磁坏环上是很有必要的。RsDRFO2Rs-i-1R0ECME(3)+17(b)(c)(a)图2-5-1用传输线变压器作倒相器由丁传输线变压器负载上的功率是依靠传输线传输而得到的，故变压器不承担传输功率的任务，它相当于，个空载变压器。但当（2）端接地后，信号源通过初级线圈（1）（2）构成了通路，从而在初级线圈中产生了一个附加电流1，与在普通变床器中一样，它要在线圈中激起.个慈场敌称其为微磁电流（或称空载电流）.其人小为I二（/0为初级线圈的电感（集您参量）。在工作频带内，由于感抗比负载大得多，即I≤I，可忽略I的影响，它不会影响传输线上的电流分布。但当工作频率很低时，由于绕组的感抗下降，I将变大，使输出借号电平下降。可见，然传输线没有下限频率，但是变压器和初级电感量却限制了传输线变器的低频响应，为此，应增大绕组电感，即采用高导磁率的磁芯、增加匝数等，但这样又使变压器的上限懒率受限制，因此匝数选择应兼顾对上、下限频率的要求。综上所述，传输线变压器是依靠传输线传输能量的变压器，它的上限频率受到负载失配程度、传输线长度及其损耗等因素的影响，而下限率受到绕组电感量的限制。尽管如此，和普通的高频变压器相比，传输线变压器具有上限频率高及频率覆盖系数大等优点，铁氧体高频变压器的限频率最高可达儿十兆赫，频率覆盖系数可达儿十，而传输线变压器的上限频率最高可达上干兆.频率覆盖系数可达10以上。2.5.3几种常用的传输线变压器由于传输线变压器具有上限频率高、频率覆盖系数人、功率容人，体积小、结构简单和成本低等优点·在高频宽频带放大器中，作为输出耦合匹配元件与级间耦合匹配元件，得到了广泛的应用传输线变压器的主要用途有：高频宽带倒相器·宽带十衡与不衡之间的变换，宽带阻抗变换器。1.不平衡--平衡变换器在图2-5-4中，若（3）端不接地，即变成了个平衡一不平衡电路的变换。反之，若（2端不接地，则变成了个不平衡一-平衡的变换器。这种电路在实际中应用很多。2.阻抗变换器传输线变压器可以进行阻抗变换，但它只实现某些特定阻抗比的变换.面不能像普通变压器那样，依靠改变初次级绕组的匝数即可实现任意阻抗比的变换。1：4与4：1阻抗比的传输线变压器是最常用的宽带阻抗变换器。.30.1
R31(b)(a)1i21(2)t(1)2Rs3.(4(d)(t)图2-3-5【：1传输线变器图2-5-5为1：1阻抗变换器的结构图及其等效电路。图中将（2)（3)短接、信号源加在（1)（4)两端，负载R，接在（2)(4)两端。若R.上的电压为亡、则传输线终端与始端的电压均为因此信号源两端呈现的电压应为2。若信号源提供的电流为1.流过传输线上下两个绕组的电流也均为1.则通过负载R的电流为21。则有下述关系式R..=21.R.=/21,(2-5-3)Rn/R.=4.R.=4R即实现了4：1阻抗比的变换。传输线的特性阻抗应该等十其输人电压"流过它的电流之比，出图可见，Z、=:/I=2Ri，也可根据网络理论由下式求得V1Ri=2RL(2-5-1)Z.VRR-16R2.(b)(a)图2-5-69：1与16：1传输线变乐器-31:
由图（d）可知，4：1的传输线变压器相当于一个111降压自耦变压器，当在（1）（4）端有2U的电压时，则在（1)（3）端和（2)（4）端都有电压U，从而保证了传输线两导线间有电压恒为U，使传输线正常工作。10RLJ利用上述原理还可采用多对传输线组成9：1、16：1、、（n+1)2：1的传输线变压器。图2-5-6所示为9：1与16：1的传输线变压器。图2-5-7为16：1的串联阻抗变换器。它是由两图2-5-716:1串接阻抗变换器个41阻抗变换器串联连接而得到的。其中第一个传输线变压器的特性阻抗Z应为8Rt.，第二个传输线变压器的Ze应为2Ri。其求法与上面所说的一样。若将上述的传输线变压器的输人端与输出端相互倒过来，即信号源改为负载端，负载改为信号源端，则就变成1：4、1：9、1：16的传输线变压器，其原理与上述全部相同。2.5.4宽频带功率合成技术为了提高高频功放的输出功率，有时采用多个晶体管推挽或并联连接，但若其中一个管子出现异常现象，其他管子的工作状态也将发生变化，有时要损坏元器件或缩短寿命。而采用传输线变压器组成混合网络来进行多管的功率合成，可克服这一缺点，这种网络可使每个管子互相隔离，任一管的异常或损坏，不会影响其他各管的工作状态。混合网络是4：1传输线变压器构成的功率合成网络或功率分配网络的统称。所调功率合成，就是利用多个晶体管（放大器）同时对输人信号进行放大，再通过网络在负载上叠加输出；所谓功率分配，就是将某-高频信号，通过网络均匀地互相不影响地同时分配给几个独立的负载（如几个放大器的输人端），使每一负载获得的功率相等，其上的电压（或电流）的相位相同或相反。合成网络与分配网络实际上是同一个网络，只不过将两者的信号源与负载的位互相对调就行了。图2-5-8所示为混合网络及其等效电路。它有四个端口，图中（1）对地、（4)对地、（3）对地分别称为A端，B端、C端，C端又称Z（和）端；（1)（4）之间称为D端，又称△（差）端：其中A和B相互隔离，C和D相互隔离，各端既可接信号源，也可接负载。为了满足功率合成（或分配）器的阻抗匹配以及对应端（A和B端、C和D端）的相互隔离，在图2-5-8混合网络中的各端点电阻应满足下述关系：R= R= RRc=R/2(2-5-5)R, = 2R且传输线的特性阻抗Z一R。在上述条件下，图2-5-8混合网络具有如下性能，并可用图2-5-9加以说明。①当输入功率加到C(）端时，A、B端获得等分同相的功率，D端无输出功率，即C、D端互相隔离；当输人功率加到D(△)端时，A、B端获得等分反相的功率，C端无输出功率，即C、D端相互隔离。利用这个性能，可制成同相功率分配器和反相功率分配器。②输人功率加到A端时，C（Z）、D(A)端获得等分同相的功率，B端无功率输出，即A、B.32